Цифровой измеритель температуры

 

Изобретение относится к области температурных измерений. Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения скорости изменения температуры , а также упрощение процесса настройки цифрового измерителя.Вследствие того, что после прихода импульса тактового генератора 13 сигнал i (Л 30ftX6 00 05 J х

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН ип 4 G 01 К 7 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4087085/24-10 (22) 26.05.86 (46) 07.01.88. Бюл. 11 - 1 (72) Л.А.Демидов (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

h 1232962, кл. G 01 К 7/16, 1.984.

Авторское свидетельство СССР

М 855412, кл. G 01 К 7/00, Н 03 M 1/52. (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к области температурных измерений. Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения скорости изменения температуры, а также упрощение процесса настройки цифрового измерителя, Вследствие того, что после прихода импульса тактового генератора 13 сигнал

13 на инверсном выходе триггера 22 устанавливае тся в " 1", он, поступая через выход распределителя 14 на один из входов элемента И 17, разрешает прохождение сигнала с выхода нульоргана 8 через его другой вход на выход и далее на вход блока 19 формирования заднего фронта. На выходе последнего формируется импульсный сигнал записи, позволяющий снимать информацию о величине измеряемой температуры с выходов реверсивного счетчика 11 и об ее знаке с инверсного выхода триггера 16 знака ° Настройка

64910 устройства на конкретный термопреобразователь заключается в установке соответствующих значений сопротивления резистора 6 и эталонного резистора 2. При изменении сопротивления резистора 6 можно изменить уровень температуры, относительно которого будет измеряться приращение температуры. В счетчике 11 будет записано число, пропорциональное временному приращению температуры за период тактового генератора 13. Информация о направлении изменения температуры заносится в триггер 16 знака, 2 ил.

Изобретение относится к области температурных измерений и предназначено для измерения температуры и скорости ее изменения.

Цель изобретения — повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения скорости изменения температуры, а также упрощение процесса настройки цифрового измерителя.

На фиг.1 приведена структурная схема цифрового измерителя температуры; на фиг.2 — временные диаграммы выходных напряжений элементов измерителя °

Цифровой измеритель температуры содержит источник 1 тока, эталонный резистор 2, первый 3 и второй 4 аналоговые ключи, термопреобразователь 5 сопротивления, дополнительный резистор 6, интегратор 7, нуль-орган 8, первый элемент И 9, генератор 10 импульсов, реверсивный счетчик ll,суммирующий счетчик 12, тактовый rенератор 13, распределитель 14, схему

ИЛИ 15, триггер 16 знака, второй элемент И 17, переключатель 18 режима работы и блок 19 формирования заднего фронта, выход которого является выходом сигнала записи измерителя, Распределитель 14 содержит эле" мент ИЛИ 20, первый 21 и второй триггер 22, первый 23, второй 24 и третий 25 элементы И, Интегратор 7 в конкретном варианте выполнения может содержать опера5

1г, 20

35 ционный усилитель 26, к инвертирующему входу которого подключены одна из обкладок конденсатора 27, один из выводов диода 28 и один из выводов первого резистора 29. Другой вход резистора 28 является первым входом интегратора 7. Один из входов второго резистора 30 подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя 26, а другой является вторым выходом интегратора 7. Выход операционного усилителя 26 соединен с другой обкладкой конденсатора 27 и вторым выводом диода 28 и является выходом интегратора 7 °

Реверсивный счетчик 11 в конкретном варианте выполнения может содержать инвертор 31, первую 32 и вторую 33 схемы И, последовательно соединенные первый 34, второй 35 и третий 36 реверсивные счетчики-делители на 10, работающие в двоично-десятичном коде с предварительной записью информации, например типа 155ИЕ6, схему И 37 и элемент 38 формирования заднего фронта, Одни из входов первой 32 и второй 33 схем И соединены между собой, а точка их соединения является счетным входом реверсивного счетчика ll. Вход инвертора 31 и другой вход второй схемы И 33 соединены между собой, а точка их соединения является управляющим входом реверсивного счетчика 11, Выход инвертора 31 подключен к другому входу первой схемы И 32. Суммирующий вход первого

3 13649 счетчика 34 подключен к выходу первой схемы И 32, вычитающий вход — к выходу второй схемы И 33, информационный вход предварительной записи пер5 вого разряда Д1 — к шине единичного сигнала, выход переполнения — к суммирующему входу второго счетчика 35, а выход опорожнения — к вычитающему входу второго счетчика 35. Суммирующий вход третьего счетчика 35 соединен с выходом переполнения второго счетчика 35, а вычитающий — с выходом опорожнения второго счетчика 35, выход опорожнения — с одним из входов схемы И 37, а выход переполненияс другим входом схемы И 37. Выход схемы И 37 через элемент 38 формирования заднего фронта подключен к управляющим входам записи первого 34, второго 35 и третьего 36 счетчиков и является выходом переноса реверсивного счетчика 11.

Нулевые входы первого 34, второго 35 и третьего 36 счетчиков-дели- 25 телей соединены между собой, а точка их соединения является нулевым входом реверсивного счетчика 11. Информационный вход четвертого разряда первого счетчика 34, а также информационные входы первого и четвертого разрядов второго 35 и третьего 36 счетчиков соединены между собой и подключены к входу инвертора 31. Информационные входы второго и третьего разрядов всех трех счетчиков 3436 соединены между собой и подключены к шине нулевого сигнала. Выходы счетчиков 34-36 являются выходами реверсивнсго счетчика 11. Причем 4О младший первый разряд первого реверсивного счетчика-делителя 34 является выходом младшего разряда реверсивного счетчика 11, а выход старшего четвертого разряда счетчика 36 — вы45 ходом старшего разряда реверсивного счетчика 11.

Суммирующий счетчик 12 в конкретном варианте выполнения содержит последовательно соединенный первый 39, второй 40 и третий 41 счетчики-делители на 10, например типа 155ИЕ1 .

Причем счетный вход первого счетчика 39 является счетным входом суммирующего счетчика 12, его выход подЮ ключен к счетному входу второго счетчика 40. Счетный вход третьего счетчика 41 подключен к выходу второго счетчика 40, а выход третьего счет10 4 чика 41 — к элементу 42 формирования заднего фронта, выход которого является выходом суммирующего счетчика 12 °

Нулевые входы первого 39, второго 40 и третьего 41 счетчиков соединены между собой, а точка их соединения является нулевым входом суммирующего счетчика 12. цифровой измеритель температуры работает следующим образом.

Первоначально выход первого 20 и инверсный выход второго 21 триггеров распределителя 14 находятся в нулевом состоянии.,Первый импульс тактового генератора 13, временная диаграмма сигнала на выходе которого представлена на графике 43 (фиг.2),пройдя через первый вход распределителя 14, своим передним фронтом меняет состояние прямого выхода второго триггера 21 с единичного на нулевое, а инверсного — с нулевого на единичное. При этом первый импульс тактового генератора 13 пройдет через вторую схему И 24, через третий выход распределителя 14 на нулевой вход реверсивного счетчика ll и установит его разряды в исходное нулевое состояние и на единичный вход триггера 16 знака и установит его инверсный выход также в нулевое сОстояние.

Нулевой сигнал с инверсного выхода триггера знака 16, поступая через вход управления реверсивного счетчика 11 непосредственно на один из входов схемы И 33, блокирует прохождение импульсного сигнала со счетного входа реверсивного счетчика 11 через вторую схему И 33 на вычитающий вход первого счетчика 34, а поступая через инвертор на один из входов первой схемы И 32, открывает путь прохождения импульсного сигнала со счетного входа реверсивного счетчика 11 на суммирующий вход первого счетчика 34.

Таким образом, в момент появления первого импульса тактового генератора реверсивный счетчик сбрасывает предыдущее значение, записанное в нем, устанавливается в исходное нулевое состояние и подготавливается к работе в режиме суммирования. При этом первый Импульс тактового генератора 13, поступая на нулевой вход дополнительного счетчика 12, устанавливает и его в исходное нулевое состояние. Одновременно первый импульс

10 в

R — величина

13649

Ur

1

55 где тактового генератора поступает через первый вход распределителя 14 на

D-вход первого триггера 21 непосредственно, а на его С вЂ” вход — через эле-мент ИЛИ 20, т.е. с задержкой относи5 тельно прихода на D-вход, В результате выходной сигнал первого триггера 21 принимает единичное значение.

Этот сигнал поступает через первый выход распределителя 14 на управляющий вход первого аналогового ключа 3.

При этом первый аналоговый ключ 3 отключает от своего выхода, соединенного с первым входом интегратора 7, вывод эталонного резистора 2, соединенный с первым выходом источника 1 тока и подключает к нему выход второго аналогового ключа 4, соединенный с вторым выходом источника 1 20 тока.

Вследствие того, что единичный сигнал с инвертирующего выхода второго триггера 22 распределителя 14 поступая на один из входов третьей 25 схемы И 25, разрешает прохождение сигнала с выхода первого триггера 21 через другой вход третьей схемы И 25 на ее выход, являющийся пятым выходом распределителя 14, одновременно 30 с единичным сигналом на первом выходе распределителя 14 появится единич" ный сигнал и на его пятом выходе.При этом независимо от положения переключателя 18 режима работы единичный сигнал поступит и на управляющий вход второго аналогового ключа 4 и подключит к выходу второго аналогового ключа 4 его первый вход, соединенный с вторым выводом термопреобразовате- 40 ля 5 сопротивления. В результате к первому входу интегратора 7 окажется подключенным второй вывод термопреобразователя 5 сопротивления, соединенный с вторым выходом источника l 45 тока, Вследствие того, что второй вход интегратора 7 соединен с первым выводом термопреобразователя сопротивления, через первый резистор 29, подключенный к инвертирующему входу 50 операционного усилителя 26 интегратора 7, начнет протекать ток напряжение, создаваемое током источника l на термопреобразователе 5 сопротивл ения; сопротивления резистора 29.

Этот ток, протекая через конденсатор 27, стоящий в отрицательной обратной связи операционного усилителя, заряжает его. При этом напряжение на выходе операционного усилителя начинает меняться по закону

1 (U

-U +

С R о где С - величина емкости конденсатора 27;

Ь 1 — значение исходного напряжения на выходе операционного усилителя, определяемого величиной напряжения, падаю" щего на диоде 28, Диод 28 служит для ограничения отрицательного выходного напряжения операционного усилителя 26, Это сокращает время изменения выходного напряжения интегратора от исходного уровня до значения, при котором срабатывает нуль-орган и начинается процесс преобразования температуры в код, т,е, введение диода 28 сокращает время преобразования. Второй резистор 30 служит для устранения смещения нуля операционного усилителя 26, создаваемого его входным током по инвертирующему входу. Для этой цели величины сопротивлений резисторов 29 и 30 устанавливают равными.

В момент достижения выходным напряжением интегратора 7 нулевого уровня начинается первый такт преобразования, При этом нуль-орган 8 срабатывает, и на его выходе сигнал изменяется с нулевого уровня на единичный. Этот сигнал, поступая на один из входов элемента И 9, разрешает прохождение сигнала с импульсного генератора 10 через другой вход элемента И 9 на его выход и. далее на счетные входы дополнительного 12 и реверсивного 11 счетчиков. При прохождении 1000 импульсов, так как дополнительный счетчик 12 состоит из трех последовательнб включенных счетчиков-делителей 39-41 на 10, íà его выходе сформируется импульсный сигнал переполнения. Этот сигнал, поступая через второй вход распределителя 14 и элементы ИЛИ 20 на С-вход первого триггера 2l, сбрасывает его выход в нулевое состояние, так как после окончания первого импульса тактового генератора на его D-входе присутствоЦ1 т

U„(t ) = — —.-С о R0 о (2) 35

Далее интегратор начинает интегрировать противоположное по полярности напряжение U на эталонном резисторе 2. При этом выходное напряжение интегратора 7 начнет уменьшаться по закону:

U„=U„(t,)- —,-l — — gt, (3) о где t - текущее время, прошедшее с момента подключения к входу интегратора 7 напряжения U на эталонном резистора 2.

С учетом U = const имеем.

Ux — — — ° t

8 ВС о (4) При повторном достижении выходным напряжением интегратора 7 нулевого

Ю уровня срабатывает нуль-орган 8. Сигнал на его выходе меняется с единичного на нулевой, что блокирует прохождение сигнала с импульсного генера7 13649 вал сигнал .нулевого уровня, При этом второй аналоговый ключ 4 отключает от источника 1 тока термопреобразователь сопротивления и подключает к нему дополнительный резистор 6, Обесточивание термопреобра зова теля сопротивления сразу после интегрирования напряжения, падающего на нем, ведет к меньшему его разогреву измерительным током, что повышает точность преобразования температуры при последующих измерениях. Одновременно первый аналоговый ключ 3 отключает от первого входа интегратора 7 выход второго аналогового ключа и подключает к нему вывод эталонного резистора 2, соединенного с первым выходом источника 1 тока. Выходное напряжение интегратора U, к этому мо- 20 менту достигает значения

U" (. ) = + l -„-— d L

0 где t — время прошедшее от достижео У

25 ния выходным напряжением интегратора нулевого уровня, т.е, от момента первого срабатывания нуль-органа до момента прохождения 1000 им30 пульсов с импульсного генератора.

При условии, что U не менятеся в течение времени интегрирования, имеем:

10 8 тора 8 через элемент И 9. На этом заканчивается первый такт преобразования.

Время С„,прошедшее с момента подключения к входу интегратора 7 напряжения на эталонном резисторе 2 до момента повторного срабатывания нульоргана 8, можно определить из равенства

U, Ц.

U = --- t — --- t)x = 0

0 ВС

Ux — С

x U

Ъ (5) I

Тогда количество импульсов и„, постуI пивших за этом время t ñ выхода элемента И 9 с учетом to = fn равно по = 1000 и t„= 1п„ (6) Нулевой импульс с выхода опорожнения или выхода переполнения третье" го счетчика 36 пройдет через один или другой вход схемы И 37 на его выход и далее на элемент 38 формировагде f — частота генератора 10;

) — 1000.

При этом число, оказавшееся записанным в счетчике после первого такта преобразования, можно определить из следующих соображений. Каждый из первого 34, второго 35 и третьего 36 счетчиков, входящих в состав реверсивного счетчика 11, работает таким образом, что импульс, поступивший на

его суммирующий вход, проходит на его выход переполнения в случае, если к этому времени в счетчике было записано число 9, а импульс, поступивший на вычитающий вход одного из счетчиков 34-36, проходит на его выход опорожнения в случае, если к этому времени в счетчике быпо записано число О, Вследствие того, что все три счетчика 34-36 последовательно соединены, импульс, поступивший на счетный вход реверсивного счетчика в режиме суммирования, прОйдет проинвертированным на выход переполнения третьего счетчика 36 в случае, если в реверсивном счетчике 11 перед этим быпо записано число N,„ = 999, а в режиме вычитания - также проинвертированным на выход опорожнения третьего счетчика 36 в случае, если в реверсивном счетчике перед этим быпо saписано число N — 000.

9 13649 ния заднего фронта, на выходе которого по заднему фронту этого импульса формируется передний фронт единичного импульса выходного сигнала перено5 са реверсивного счетчика 11. При этом количество импульсов, поступивших на счетный вход реверсивного счетчика ll в котором перед этим было записано число И,„ = И,приводящее к фор-10 мированию сигнала на выходе переноса реверсивного счетчика 11 при работе

его в режиме суммирования определяется выражением: пс = 1000 — Н,, (5

15 а при рабоче его в режиме вычитания и 6 1 1 о+

В начале первого такта преобразования реверсивный счетчик находился в нулевом состоянии и подготовлен к работе в режиме суммирования. Поэтому при поступлении на его счетный вход первых 1000 импульсов появится импульсный сигнал на его выходе пере25 носа. Этот импульс, пройдя через схему ИЛИ 15 на С-вход триггера 16 знака, своим передним фронтом изменит состояние его инверсного выхода с нулевого на единичный. Единичный сигнал с инверсного выхода триггера знака 16, поступая через вход управления реверсивного счетчика ll на один из входов второй схемы И 33, подго" тавливает цепь прохождения сигнала со счетного входа реверсйвного счет- 35 чика 11 через другой вход второй схемы И ЗЗ на ее выход и далее на вычитающий вход первого счетчика 34, а поступая на один иэ входов первой схемы И 32 через инвертор 31, блоки40 ! рует прохождение импульсного сигнала через другой вход первой схемы И 32 на ее выход и далее на суммирующий вход первого триггера 34. Одновремен45 но единичный сигнал с входа управления реверсивного счетчика поступает на первые информационные входы второго 35 и третьего 36 счетчиков и на четвертые входы первого 34, второго

35 и третьего 36 счетчиков. Так как на их вторых и третьих входах постоянно присутствует сигнал логического нуля, а на первом информационном входе первого счетчика постоянно - сигнал логической единицы, то во время прохождения импульса переноса с выхода блока формирования заднего фронта на управляющие входы записи перво10

10 го 34, второго 35 и третьего 36 счетчиков в реверсивном счетчике 11 окажется записанным в двоично-десятичном коде число 999. Таким образом, после прохождения 1000 импульсов реверсивный счетчик подготовлен к работе в режиме вычитания.

После этого на счетный вход реверсивного счетчика в первом такте пре

1 образования поступает еще и импульсов. Здесь возможны два случая дальнейшей работы преобразователя в зависимости от соотношения напряжений

U, и U>. В первом случае, когда

U c V, т.е. n„ < 1000, временные диаграммы сигналов на выходе интегратора 7, на выходе переноса реверсивного счетчика 11 и инверсном выходе триггера 16 знака представлены соответственно на графиках 44-46, а также соответственно на графиках 47-49.

В этом случае опорожнения реверсивного счетчика 11 не произойдет, и он будет работать в режиме вычитания до окончания первого такта преобразования, и после первого такта преобразования в реверсивном счетчике 11 оказывается записанным число Бс„ =

999 — и „ . Bo втором случае, когда U,)U, т.е. n > 999, временные диаграммы сигналов на выходе интегратора 7, на выходе переноса реверсивного счетчика li и на инверсном выходе триггера 16 знака представлены соответственно на графиках 50-52, а также соответственно на графиках

53-55. В этом случае до окончания первого такта преобразования произойдет опорожнение реверсивного счетчика 11 при прохождении второй чысячи импульсов с начала первого такта преобразования. При этом сигнал с выхода переноса реверсивного счетчика 11 вновь изменит состояние инверсного выхода триггера знака 16 с единичного на нулевое. Этот нулевой сигнал поступает на вход управления реверсив-. ного счетчика ll. В результате во время длительности импульса переноса, поступающего на управляющие входы записи счетчиков 34-36, в реверсивный счетчик .11 записывается в двоично,десятичном коде число, присутствующее в это время на информационных входах записи (D, — D<) счетчиков 34-36,т.е.

001, Одновременно нулевой сигнал на входе управления реверсивного счетчика 11, как было показано, переклюl l 136 чает режим его работы на суммирование. После этого на счетный вход реверсивного счетчика поступит еще

n„ — 1000 импульсов. В результате после первого такта преобразования в реверсивном счетчике 11 оказывается записанным число — 1 + (п„— 1000 ) . (7)

При появлении второго импульса тактового генератора 13 суммирующий счетчик опять устанавливается в исходное нулевое состояние. Одновременно второй импульс тактового генератора, поступая через первый вход распределителя 14 на С-вход второго триггера 22, меняет состояние era прямого выхода с нулевого на единичное, а инверсного — с единичного опять в нулевое, При этом второй импульс тактового генератора через первый вход распределителя 14, один иэ входов первой схемы И 23, так как на другом его входе уже присутствует единичный сигнал, проходит на ее выход, являющийся вторым выходом распределителя, и через схему ИЛИ 15 поступает на С-вход триггера знака, В результате инверсный выход триггера 16 знака еще раз изменит свое состояние, что приведет к переключению режима работы реверсивного счетчика 11 — в первом случае с вычитания на сложение, во втором — наоборот. При этом число, записанное в счетчике после первого такта преобразования, не изменяется °

Одновременно второй импульс тактового генератора 13, поступая на

D-вход первого триггера 21 непосредственно, а на С-вход через элемент

ИЛИ 20, переводит его выход в единич" ное состояние. Этот сигнал, поступая через первый выход распределителя на управляющий вход первого аналогового ключа, отключает от первого входа интегратора вывод эталонного резистора 2, соединенный с первым выходом источника 1 тока, и подключает к нему выход второго аналогового ключа 4, соединенный с вторым выходом источника 1 тока.

Вследствие того, что на инверсном выходе второго триггера присутствует нулевой сигнал, он, поступая на один иэ входов третьей схемы И, формирует на его выходе также нулевой сигнал .

Этот сигнал поступает через пятый выход распределителя, через переключаUg

RC (9) 25

В момент срабатывания нуль-органа начинается второй такт преобразования, Сформированный единичный сигнал на его выходе снимает блокировку прохождения сигнала с импульсного генератора 8 через элемент И 9 на счетные входы суммирующего 12 и реверсивного 11 счетчиков. Далее работа преобразователя идентична его работе в первом такте преобразования, а именно

35 через 1000 импульсов, поступивших с момента начала второго такта преобразования, сигнал переполнения с выхода суммирующего счетчика поступает

40 на второй вход распределителя. При этом сигнал на первом выходе вновь принимает нулевое значение, и первый аналоговый ключ 3 отключает от первого входа интегратора 7 вывод дополнительного резистора 6 и подключает

45 к нему вывод эталонного резистора 2.

В результате интегратор 7 начинает интегрировать напряжение U на эталонном резисторе 2. Вследствие разнополярности напряжений U u U выходное напряжение интегратора начнет убывать, начиная со значения, которого оно достигло при предыдущем интегрировании напряжения U

Uu цз

55 U = ----t о RC x (1.0) где t"„текущее время с момента появления первого сигнала переполнения во втором так4910

l2 тель 18 режима работы, если выход переключателя 18 подключен к пятому выходу распределителя, что соответствует режиму преобразования температуры, 5 на управляющий вход второго аналогового ключа. При этом к первому входу интегратора 7 через первый 3 и второй 4 аналоговые ключи, оказывается подключенным вывод дополнительного резистора 6, соединенный с вторым выходом источника 1 тока. В результате интегратор 7 начинает интегрировать напряжение Uz на дополнительном резисторе 6, и его выходное напряжение начинает возрастать:

u„= — — - at,, (8)

0 где t — текущее время с момента прохождения напряжения Uö нулевого уровня, С учетом Б = const имеем: ((U

t

U o . Э

2с(30

13 13649 те преобразования с ныхода суммирующего счетчика.

При достижении выходным напряжением интегратора вновь нулевого уров5 ня повторно срабатывает нуль-орган, нри этом заканчинается второй такт преобразования, нуль-орган запирает сформированным на своем выходе нуленым сигналом прохождение сигнала с 10 выхода импульсного генератора 8 через элемент И 9-.

Время t„, прошедшее с момента появления сигнала переполнения на выходе дополнительного счетчика 12 до момента повторного срабатывания нульо рг ана 8, определяется из рав енства

3а это время с выхода элемента И по(( ступило и импульсов: л

II

D ((n (, 1000 так как л У .х

t (12) о

При этом н первом случае с начала второго такта преобразования счетчик работает н режиме суммирования,причем до этого в нем было записано ( число i; „= 999 — и, Следовательно, согласно выражению (5) сигнал на выходе переноса реверсивного счетчика 11 появится через и. импульсов: и, = 1000-(999 — и „, = (;,+ 1. (13) В этот момент изменяется режим работы реверсивного счетчика 11 со сложения на вычитание, а в реверсивный счетчик 11 записывается число 999.

После этого момента до момента появления сигнала переполнения на выходе сум(ирующего счетчика 12 поступит еще 1000-(-, импульсов. В результате к моменту появ (ения сигнала íà Bbl ходе суммирующего счетчика 12 в счетчике окажется записанным число

1(= 999 — (1000 и с ) = 999 — 1000 + и„+ i (14)

После этого момента до окончания второго такта преобразования на счетный вход реверсивного счетчика по, (( ступит еще и- „импульсов ° далее возможны дна варианта работы устройства. (Ф

В первом, когда I.l ) П „т. е. их) и, временные диаграммы сигналов на вы10 14 ходе интегратора 7,на выходе переноса реверсивного счетчика 11 и на инверсном выходе триггера знака 16 предстанлены соотнетственно на графиках

44-46. В этом случае опорожнение реверсивного счетчика ll до момента повторного срабатывания нуль-органа но втором такте не происходит, и реверсивный счетчик 11 до окончания второго такта преобразования работает н режиме вычитания. В результате в нем оказывается записанным число

N = n — n х к X

Во втором варианте при U, U (fI т.е. и„ (и„, временные диаграммы сигналов на выходе интегратора 7, на выходе переноса реверсивного счетчика 11 и на инверсном выходе триггера знака 16 представлены соответственно на графиках 47-49. При этом до окончания второго такта преобразования произойдет опорожнение реверсивного счетчика 11.

В момент появления сигнала переполнения на выходе суммирующего счетчика, как было указано, в реверсивном счетчике было записано число 14 ц=

Следовательно, согласно выражению (6 ), с этого момента пройдет (n = r: + 1 импульсов, в результате чего на выходе переноса реверсивного счетчика 11 появится импульс, переводящий режим работы реверсивного счетчика 11 на суммирование и записывающий н него число 001. После этого до окончания второго такта преобразования на счетный вход реверсивного счетчика 11 поступит еще n — и. имЬ пульсов. В результате в счетчике окажется записанным число

Во втором случае с начала второго такта преобразования счетчик работает в режиме вычитания. Причем после первого такта преобразования в нем было записано число И „= 1 + (n — 1000)i

Поэтому согласно выражению (6) сигнал на выходе переноса реверсивного счетчика 11 появится через и импуль(Ь сов: n, = (и„— 1000) + 2.

В этот момент режим работы реверсивного счетчика 11 меняется на суммирование и в него записывается число N „ = 1. Согласно выражению (5) очередной сигнал на выходе переноса реверсивного счетчика появится после

136491 поступления. с этого момента времени п, импульсов (n, = 999). Он переводит режим работы реверсивного счетчика на вычитание и записывает в

5 счетчик число N 999. Общее количество импульсов, поступившее до этого момента с начала второго такта преобразования, равно

10 п + пс = (n< -1000) + 2+999

=n„ + 1. (16)

Тогда на счетный вход реверсивного счетчика до окончания второго такта преобразования поступит еще (1000 +

+ и») — (и + n ) = 1000 + n„ — n

999 + n » — n H nyn coa °

Далее, как и в первом случае,возможны два варианта работы преобразователя. 20 и

В первом, когда U, > U» т, е.n»vn» временные диаграммы сигналов на выходе интегратора 7, на выходе переноса реверсивного счетчика 11 и на инверсном выходе триггера 16 знака представлены соответственно на графиках 50-52. При этом опорожнение реверсивного счетчика 11 до окончания второго такта преобразования работает в режиме вычитания ° В результате в счетчике оказывается записанным число

N»„= 999 (999 + n „" — n»)

I »

Ис„= и,— п„

Во втором варианте при U Uð,ò.е.

n„с и", временные диаграммы сигналов х» на выходе интегратора 7, на выходе переноса реверсивного счетчика 11 и

40 на инверсном выходе триггера 16 з1ака представлены соответственно на графиках 53-55. При этом до окончания второго такта преобразования произойдет опорожнение реверсивного

45 счетчика 11. Это произойдет согласно выражению (6) при прохождении на счетный вход реверсивного счетчика следующих п импульсов (n = 1000 импульсов), так как в реверсивном счетчике 11 перед этим было записано чис50 ло N = n — 1. В этот момент реверсц о сивный счетчик переходит в режим суммирования и в него записывается число N = 1. После этого момента до сц

55 окончания второго такта преобразования на счетный вход реверсивного

» счетчика 11 поступит еще (999 + и„I И I и„) — 1000 = n n„- 1 импуль16

0 сов, В результате в счетчике оказывается записанным

Nc4 — 1 + (nI

II 1

N = п — n, СЧ

U„с учетом n „

Х Ц число и „вЂ” 1 );

Up х

Цэ

1000 и и х 1000. Имеет для первого случая

U.< U,: в первом варианте N „=

-- ---- 1000 при Б U э

Up U, во втором N = ------ 1000 n H U U. сч » э

Для второго случая U >Uэ имеем:

0т в первом варианте N = — — — — 1000 сч э приU, П

Ц» Ur во втором варианте N = — — -- 1000 сч ц э при U, U

Обобщая для обоих случаев и всех вариантов, получаем

Nc„ = 1000.

Цэ где R, R — значение сопротивления термопреобразователя соответственно при измеряемой температуре Т и нулевой;

- постоянный коэффициент, Ом/ С, имеем

При этом в обоих случаях для первого варианта инверсный выход триггера 16 знака находится после окончания второго такта преобразования в единичном состоянии, что соответствует положительному знаку числа, saписанному в реверсивном счетчике 11 а для второго варианта — в нулевом, что соответствует отрицательному знаку, С учетом Uр = IRр и Б э IRç» где I — величина тока источника 1 тока, Rp и Кэ- значения сопротивления соответственно дополнительного и эталонного резисторов и при использовании термогГреобразователя сопротивления с характеристикой

Вт = Ro+ LT) (18) 17

18

1 364910 если выбрать

Бр Бо1 (20) N Ä = ----- ° 1000 э (21 ) при R э = oL 1000 то N = Т, т.е, получим прямой цифровой отсчет измеряемой температуры.

При этом вследствие того, что после прихода второго импульса тактового генератора 13 сигнал на инверсном выходе второго триггера 22 устанавливается в единичное состояние, он, по- 15 ступая через четвертый выход распределителя 14 на один из входов второго элемента И 17, разрешает прохождение сигнала с выхода нуль-органа 8 через его другой вход на выход и далее на вход блока i9 формирования заднего фронта. В результате в момент окончания второго такта преобразования на выходе блока 19 сформируется импульсный сигнал записи, позволяю- 25 щий снимать информацию о величине с выходов реверсивного счетчика 11 измеряемой температуры и об ее знаке с инверсного выхода триггера 16 знака. 30

При этом настройка преобразователя на конкретный термопреобразователь, как видно из выражений (20) и (21), заключается в установке соответствующих значений сопротивления дополнительного и эталонного резисторов. Это упрощает настройку по сравнению с известным устройством, где настройка на требуемый коэффициент преобразования требует пошагового подбора кода установки. Кроме того, при изменении сопротивления дополнительного резистора можно изменить уровень температуры, относительно которого будет измеряться прираще45 ние температуры. При этом вследствие независимости коэффициента преобразования от изменения величины сопротивления дополнительного резистора при изменении уровня, относительно которого измеряется приращение температуры, не требуется дополнительной настройки коэффициента преобразования.

Это позволяет использовать предложенный измеритель для измерения приращения температуры относительно уровня температуры, величина которого изменяется, Кроме того, измеритель можно использовать для измерения ск орос ти и зменения температуры.

В положении переключателя 18 режима работы "Скорость изменения температуры, при котором его выход соединен с его вторым входом, во втором такте преобразования на вход интегратора 7 подается напряжение не с дополнительного резистора 6 а как и в первом такте преобразования вновь с термопреобразователя 5, При этом число, записанное в счетчике, будет определяться выражением.

U„, U- 1

И = — — — — 1000, с где U,U — средние напряжения на датчике температуры за время прохождения 1000 импульсов, переполняющих суммирующий счетчик 12 соответственно в первом и во втором такте преобразования с учетом: U = I(R + oLTi ), U, = т(1,+ T ), U> = IR, где

Т, и T — средние значения температуры термопреобраэователя за период интегрирования напряжения, падающего на нем соответственно в первом и втором такте преобразования (, (т, — т,)

N = ------- — — — 1000 . (22) си R э

Это значит, что в реверсивном счетчике 11 будет записано число, пропорциональное временному приращению температуры за период тактового генератора.

Если изменение температуры за период тактового генератора линейно зависит от времени, то полученный результат является значением скорости изменения температуры. При этом информация о направлении изменения температуры заносится в триггер знака.

Существенно, что информацию о величине скорости изменения температуры можно снимать с измерителя сразу же после окончания преобразования и не требуется время для ее дополнительной обработки, формула изобретения

Цифровой измеритель температуры, содержащий термопреобразователь сопротивления, источник тока, первый и второй выходы которого соединены со ответственно с первым и вторым входами первого аналогового ключа, эталонный резистор, первый вывод которого

20

13649 подключен к первому выходу источника тока, а второй вывод — к первому выводу термопреобразователя сопротивления, интегратор, первый вход которого соединен с выходом первого аналогового ключа, второй — с вторым выводом эталонного резистора, а выход через нуль-орган подключен к первому входу первого элемента И, вто-10 рой вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход подключен к счетному входу реверсивного счетчика, триггер знака, формирователь заднего фронта, выход которого является выходом записи измерителя температуры, и распределитель, первый вход которого соединен с выходом тактового генератора, первый выход подключен к управляющему входу первого аналогового ключа, а второй выход соединен с первым входом схемы

ИЛИ, причем распределитель включает в себя первый триггер, D-вход которого и выход соответственно являются 25 первыми входом и выходом распределителя, второй триггер, и элемент ИЛИ, первый вход и выход которого соединены соответственно с D- и С-входами первого триггера, а второй вход явля- 0 ется вторым входом распределителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей путем обеспечения измерения ско35 рости изменения температуры, в него введены второй элемент И, второй аналоговый ключ, переключатель режима работы, дополнительный резистор и суммирующий счетчик > счетный Вход ко 4р торого соединен с выходом первого элемента И, вход установки в "0 — с выходом тактового генератора, а выход переполнения подключен к второму входу распределителя первый и пятый 45 выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами переключателя режимов, выход которого подключен к управляющему входу второго аналогового ключа, выход которого соединен с первым входом первого аналогового ключа, а первый и второй входы соединены соответственно с вторым выводом термопреобразователя сопротивления и первым выводом дополнительного резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом термопреобразователя сопротивления,причем вход управления реверсивного счетчика подключен к D-входу и инверсному выходу триггера знака, выход переНоса соединен с вторым входом схемы ИЛИ, выход которой подключен к

С-входу триггера знака, а вход установки в "0" реверсивного счетчика соединен с единичным входом триггера знака и с третьим выходом распределителя, четвертый выход которого подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом нуль-органа, а выход подключен к входу блока формирования заднего фронта, при этом распределитель дополнительно содержит первый, второй и третий элементы И, первые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами второго триггера и его D-входом, соединенным с инверсным выходом, а вторые входы первого и второго элементов И подключены к С-входу второго триггера, соединенного с D-входом первого триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выходы первого, второго и третьего элементов И являются соответственно вторыми, третьим и пятым выходами распределителя, а инверсный в ыход в то рого триггера являетс я четвертым выходом распределите ля, 1364910 иу мт

uD 44

:upuт

Составитель В. Агапова

Техред М.Дидык Корректор А.Тяско

Редактор В. Данко

Тираж 607 Подписное

ВН1ИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Заказ 6585/33

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул.Проектная,4